注浆加固后岩体单一界面抗剪强度

针对单一岩石界面的注浆加固强度问题,分析结构面剪切破坏机制以及黏结力与摩擦力的耦合效应,并开展规则锯齿状结构面剪切试验。对三维条件下结构面粗糙程度的各向异性及其表征方法进行分析。依据结构面微凸体倾角与剪切方向的关系,提出摩擦力主控区域与黏结力主控区域的划分。基于无黏结强度时结构面的抗剪强度准则,以及结构面黏结力作用机制,建立单一界面注浆加固体的抗剪强度计算公式,计算表明,注浆材料的黏结力作用受结构面粗糙度各向异性的影响显著。注浆加固后,结构面的抗剪强度沿各个方向均得到提升,但结构面的抗剪强度仍然存在明显的各向异性。研究结果为岩体注浆加固效果提供了评判依据。     

不同水灰比注浆锯齿结构面剪切力学特性试验研究

岩体结构面对围岩强度控制作用较为明显,为了解决破碎围岩变形较大问题,一般采用注浆支护技术作为防止工程灾害的有效手段。依据人工锯齿结构面开展未注浆与不同水灰比铝酸盐水泥注浆加固的室内直剪试验,揭示注浆加固机制。试验结果表明:(1)注浆支护对结构面的峰值强度、黏聚力、界面刚度有提高作用。同一法向应力条件下,随着水灰比的增大,剪切峰值强度和界面黏聚力均减小。(2)界面的破坏形式:锯齿由不同起伏角组成,未注浆界面在发生剪切破坏时,模式为剪断,磨损,爬坡,啃断耦合效应。注浆后界面发生剪切破坏时,在峰值强度过后,曲线波动振幅较大,破坏从黏结力的破坏转化为滑移破坏。注浆滑移破坏与未注浆界面破坏表征相似。(3)法向位移与剪切位移曲线表明,未注浆结构面以剪胀性为主,注浆结构面呈现出先剪缩,后剪胀的特性。     

注浆加固对岩体裂隙力学性质影响的试验研究EI北大核心CSCD

注浆技术对裂隙岩体的加固效果显著,对岩体裂隙面的力学特性产生极大影响。为研究注浆加固对岩体裂隙力学特性的影响规律,创新性地提出一种岩体裂隙试件制作方法,克服了原岩裂隙取样困难的难题。将该方法制取的裂隙试件在自主研发的裂隙岩体注浆系统平台上进行注浆加固试验,并对注浆加固后的岩体裂隙试件开展相关的法向及切向力学加载试验。试验结果表明:人工制取的裂隙试件与原岩裂隙几何相似性良好,符合室内物理试验要求;注浆加固会显著改变岩体裂隙面的法向切向力学特性,注浆加固后岩体裂隙的峰值抗剪强度及残余强度得到极大提高,裂隙面的抗变形能力增强;裂隙面法向加载会影响其切向力学行为,切向抗剪强度随法向应力增加而增加;注浆加固通过提高岩体裂隙面的力学性能来增加岩体的整体强度及稳定性。     

注浆加固对岩体裂隙力学性质影响的试验研究

注浆技术对裂隙岩体的加固效果显著,对岩体裂隙面的力学特性产生极大影响。为研究注浆加固对岩体裂隙力学特性的影响规律,创新性地提出一种岩体裂隙试件制作方法,克服了原岩裂隙取样困难的难题。将该方法制取的裂隙试件在自主研发的裂隙岩体注浆系统平台上进行注浆加固试验,并对注浆加固后的岩体裂隙试件开展相关的法向及切向力学加载试验。试验结果表明:人工制取的裂隙试件与原岩裂隙几何相似性良好,符合室内物理试验要求;注浆加固会显著改变岩体裂隙面的法向切向力学特性,注浆加固后岩体裂隙的峰值抗剪强度及残余强度得到极大提高,裂隙面的抗变形能力增强;裂隙面法向加载会影响其切向力学行为,切向抗剪强度随法向应力增加而增加;注浆加固通过提高岩体裂隙面的力学性能来增加岩体的整体强度及稳定性。     

自由式锚索和全长粘结式锚索加固效果比较模型试验研究

通过进行洞室模型试验和岩体结构面抗剪强度模型试验,研究了工程中广泛采用的2种典型锚索——自由式锚索和全长粘结式锚索的不同加固效果。从洞室的开洞位移、破坏荷载、荷载位移曲线特征、洞周应变分布特征及洞室的宏观破坏过程等方面,比较和分析了2种锚索对洞室所产生的不同加固效应特征。通过对含有结构面和不含结构面锚固体试件进行抗剪强度试验,比较了2种锚索对岩体结构面的不同加固效果。给出了锚固体试件峰值抗剪强度比较结果和剪切过程中2种锚索的张力变化特征,即全长粘结式锚索的张力基本不变化,自由式锚索的张力随剪切位移的增加而增大。在综合比较2种锚索加固效果的基础上,对锚固工程设计提出了建议。     

锯齿结构面注浆剪切特性研究

为研究注浆对于结构面抗剪强度的影响,对注浆加固后的规则锯齿结构面进行剪切试验,研究不同锯齿个数时,结构面所受法向荷载与抗剪强度的定量关系。根据试验结果,阐述了规则注浆锯齿面破坏时的特征。结合莫尔库伦理论,分析影响结构面抗剪强度的相关因素以及锯齿个数对相关因素的影响。通过与普通规则锯齿结构面剪切试验进行对比,进一步说明注浆对结构面抗剪强度的影响。建立单锯齿剪切力学模型,分析顺逆剪面破坏特点,最终建立了规则注浆锯齿结构面的抗剪强度经验公式。研究结果表明:规则注浆锯齿结构面的抗剪强度随锯齿个数的增加而增加,在不同正应力下,注浆锯齿结构面会出现粘接失效,爬坡效应,剪断效应三种基本现象。单个锯齿顺逆剪面破坏与施加的荷载大小和位置有关。结构面进行注浆加固之后,其抗剪强度有明显的提高。     

不同注浆材料填充双裂隙类岩石试样力学特性研究

注浆是裂隙岩体稳定性控制的主要技术之一,不同注浆材料对裂隙岩体的注浆加固效果存在较大差异。选取硫铝酸盐水泥(SAC)、普通硅酸盐水泥(OPC)和环氧树脂(EPR)3种注浆材料,对预制平行双裂隙类岩石试样进行充填,开展单轴压缩试验、声发射以及扫描电镜试验。结果表明：EPR填充对裂隙试样强度最大,OPC水泥次之,SAC水泥最小。试样破坏模式则受填充材料影响突出,EPR填充试样不受预制裂纹控制,而SAC和OPC填充试样则主要由于裂隙扩展贯通发生的拉剪混合破坏。扫描电镜结果表明上述差异主要受控于不同浆液类型的浆–岩胶结特征,SAC和OPC填充浆–岩界面为覆盖型,而EPR填充则为融合型。在上述试验结果基础上,采用颗粒流程序(PFC)建立表征不同胶结模式的数值模型,分析不同注浆填充材料加固机制。数值模拟结果表明,试样加载过程中拉剪微裂纹比例、微裂纹倾角分布以及颗粒位移方向均受填充材料影响。因此,对于不同注浆材料,其自身强度和胶结性能改变了浆–岩胶结模式,影响了裂隙充填试样的受力状态,进而造成加载过程中浆液和周围岩体颗粒运动和微破裂的差异,最终影响了宏观强度特性和破坏模式。     

岩石自然结构面刻录制作方法及其直剪条件下磨损特征分析

岩体结构面剪切强度特性及其剪切过程中的磨损机制研究是工程岩体稳定性分析的关键和基础,首先提出"三维光学扫描技术+数控刻录技术"的结构面批量制作方法并刻录了含自然结构面形貌的砂岩、大理岩、花岗岩剪切试样,进而开展不同法向应力下上述3种岩石自然结构面的直剪试验及其同步声发射监测,最后利用点云配准算法实现了剪切前后结构面3D扫描点云数据重合,并深入分析剪切条件下岩石自然结构面磨损特征。试验分析表明,所提出的岩石自然结构面刻录方法保真率高、试验结果一致性好;依据同步声发射信号特征可将剪切过程大体分为3个阶段:I摩擦滑动阶段、II剪切啃断阶段、III峰后磨损下降阶段;进一步对比分析结构面剪切前后的2D和3D的细观形貌基础上揭示结构面剪切磨损在细观上具有正斜面滑动、陡坎非均匀磨损、凸点局部啃断特征,宏观上具有剪切破坏区域分布的局部化和非均匀性特征,这对于含自然结构面的工程岩体抗剪稳定性分析具有重要参考意义。     

单节理结构面试件在渗流状态下抗剪强度研究

岩石结构面的表面形态和渗流特性是影响其力学特性的重要因素,而二者又是相互影响的.针对不同角度的规则齿形结构面试件,分别进行了不同法向荷载和渗透压力条件下的剪切-渗流耦合试验,研究结构面剪切过程中力学特性.结果表明:规则齿形结构面角度、法向荷载以及渗透压力等因素对结构面的抗剪强度及破坏方式有着较为明显的影响.在渗透压力存在条件下,结构面剪切过程中,抗剪强度随渗透压力的增大而减小,水力开度随渗透压力的增大而增大;结构面切齿(岩体)随渗透压力的增大,更易剪断.此外,通过综合分析各因素对抗剪强度的影响,最终得到了规则齿形结构面在剪切-渗流耦合条件下的抗剪强度经验公式,并与试验值进行了对比.     

白砂岩、大理岩及花岗岩加锚剪切力学特性研究

为研究不同自然岩石材料锚杆锚固前后剪切力学特性的改变,选取白砂岩、大理岩及花岗岩3种代表性的岩石,对其切割、钻孔、锚固、养护后进行直接剪切试验,每种岩石材料分为无锚与加锚2种情况,试验中设置3组法向应力级别,探究不同自然岩石材料在不同法向力及剪切力作用下的受力和变形特征,对比分析岩性及节理面法向应力等因素对加锚节理岩体剪切力学特性的影响规律。试验结果表明:自然岩石与水泥砂浆等类岩石材料的加锚力学特性具有一定差别,锚杆锚固能够增加岩石节理面的当量黏聚力及内摩擦角,岩石材料的抗压强度对加锚节理面力学特性具有重大影响,岩性越软,岩石的加锚力学特性与类岩石材料越相近,岩性越硬,锚杆对岩石节理面抗剪强度的提高幅度越大,锚杆加固效果越显著。     

岩石结构面两级形貌剪切特性研究

岩石结构面表面形貌由宏观起伏体(一级)和表面微凸体(二级)两级形貌共同组成，剪切过程中各级形貌的剪切特性不尽相同。结合三维激光扫描技术、3D打印技术和模拟材料批量制作了模型结构面，开展了不同法向应力条件下的直剪试验。试验结果表明：相同法向应力条件下，二级形貌剪切磨损接近总体形貌，且大于一级形貌；不同法向应力条件下，剪切前后两级粗糙参数平均变化率随法向应力增加而逐渐增加，其中一级粗糙参数平均变化率ηI为1.99%～4.03%，二级粗糙参数平均变化率η_Π为5.97%～8.16%；进一步基于“余弦相似性”原理计算余弦夹角以评价剪切前后结构面形貌相似性，发现二级形貌余弦夹角波动最大，一级形貌余弦夹角与总体形貌余弦夹角较接近，验证了二级形貌的剪损特性和一级形貌的剪胀特性。上述研究可为结构面抗剪强度的评价提供参考意义。     

结构面在卸载条件下的力学特性研究

在深部岩体工程中,研究节理岩体的卸荷破坏机制,对于揭示节理岩体在卸荷条件下的力学行为及其破坏机理,具有十分重要的理论意义.文章通过规则齿形结构面在卸载条件下的剪切试验,对其力学特性进行了基础性研究,阐述了规则齿形结构面在卸载条件下力学特性的主要特征及其强度、变形等力学特性的主要规律,并与加载条件下的结构面的力学特性进行比较.通过试验分析得出了结构面的综合抗剪强度参数cj和φj,在加卸载条件下的变化规律,结构面强度的变化规律,在此基础上建立了评价结构面剪切强度的经验公式.文章最后还对结构面在加卸载条件下的扩容特性进行了分析,并对现象做出了解释.     

富水破碎岩体注浆加固模拟试验及应用研究

设计了一套适用于富水破碎岩体的注浆加固模拟试验装置。选用PO42.5水泥、SAC42.5水泥和自主研发材料对富水破碎灰岩体进行了注浆加固试验。在分析加固结石体的单轴压缩试验结果的基础上,研究了注浆压力、注浆材料和破碎岩体间泥质充填物对注浆加固效果的影响和作用规律。采用极差分析法确定了影响注浆加固效果的主控因素及各因素间相互作用关系。验证了自主研发材料用于富水破碎岩体注浆加固治理的效果显著优于传统水泥材料。将上述试验结论成功用于指导工程实践,取得了良好的注浆治理效果。     

规则齿型结构面剪切特性的模型试验研究

 通过规则齿型结构面在不同法向应力下的剪切试验,对其力学特性进行基础性研究,阐述规则齿型结构面在剪切条件下力学特性的主要特征,以及其强度、变形等力学特性的主要规律。通过对试验数据的分析,对结构面在剪切应力作用下的剪切变形曲线以及不同粗糙度结构面的剪切变形特性进行深入研究,在此基础上提出结构面剪切变形特性的经验本构关系,同时对结构面综合抗剪强度参数在剪切条件下的变化规律进行研究,建立评价结构面剪切强度的经验公式。最后还对结构面在剪切条件下的扩容特性进行分析,并对现象做出解释。     

弱面注浆在顺层岩质边坡加固中的效应分析

基于主动支护方式的思想,从提高弱面本身抗剪性能的观点出发,对顺层岩质边坡采用了弱面注浆加固的治理方法。通过对比试验,分析了岩块试样在注浆前后抗剪性能的变化,结果表明注浆后,弱面峰值前平均剪切刚度Kss和粘结力c有较大的提高,而摩擦角的提高幅度较小。针对边坡坡角α大于弱面倾角β的情况,在假设不稳定岩体沿弱面滑动的基础上,推导了滑坡的临界长度,从而确定有效注浆范围。最后,由FLAC3D数值模拟,分析注浆前后整个边坡应力场的变化,说明注浆加固能够使应力在边坡岩体中得到均化,避免应力集中现象的发生。     

随机裂隙岩体注浆渗流机理及其加固后稳定性分析

 深入分析了国内外岩体水泥注浆理论存在的问题, 从随机裂隙岩体结构模拟、注浆渗透规律及其随机性和各向异性特征以及注浆加固稳定性分析等几个方面建立了适合于巷道围岩注浆的渗流及加固后稳定性分析的模型, 并在模型分析的基础上, 建立了注浆施工设计准则。以非牛顿流体渗流过程为线索, 深入研究了单裂隙、裂隙网络、拟连续介质体的非牛顿流体的渗流规律, 并综合考虑了应力和渗流相互作用的效果; 结合水泥浆液的流变特性, 建立了较实用的注浆渗流系统模型, 并和模拟实验具有较好的一致性;结合岩体裂隙分布的随机性特征, 建立了注浆参数设计的可靠性准则, 并深入分析了岩体裂隙随机分布参数对注浆参数设计的影响。最后以破裂后岩体加固前后的力学性质实验及分析为基础, 建立了巷道注浆后围岩稳定性分析模型, 并综合考虑了注浆滞后时间、支护与围岩相互作用等效果, 从而为所建立的理论模型能真正地应用于实践提供了保障。     

辉绿岩脉复合灌浆试验加固效果研究

 选择代表性试验区,采用高压水泥–化学复合灌浆技术,对辉绿岩脉的灌浆加固处理开展灌浆工艺、加固效果和机制等试验研究。试验中对微细裂隙发育的辉绿岩脉进行高压水泥灌浆后再进行化学复合灌浆,水泥浆液采用普通硅酸盐水泥,化学浆液采用固结性能良好的CW系环氧树脂。复合灌浆后的辉绿岩脉单孔纵波速度可达5 153 m/s,变形模量为11.4～21.8 GPa,试验区岩体的连续性、整体性及均一性改善显著。复合灌浆达到预期效果,辉绿岩脉力学指标满足建坝要求,灌浆工艺参数合理,可直接指导大岗山水电站基础处理施工。经初步探索,该复合灌浆加固岩体的实质可归纳为：固结灌浆改善了岩体结构面力学特征及其组合关系,使其整体刚度增大;微细裂隙的良好胶结,使其端部应力集中被降低或消除,岩体屈服极限增大,强度提高。     

破碎岩体注浆加固体强度估计

在注浆压力和时间满足规范要求时,注浆前岩体强度、注浆后加固体强度、浆液结石体强度是影响注浆加固效果的主要因素。在分析了已有纯水泥浆结石体强度试验的基础上,利用非线性拟合分析,提出了P.O. 42.5水泥结石体28 d强度与水灰比之间关系的经验公式。对已有岩体注浆前后强度试验值进行了无量纲分析,建立了量纲为1的参量——强度增长率和原岩体与浆液结石强度比,进而通过非线性拟合分析,提出了破碎岩体注浆加固体强度增长率的经验公式。根据莫尔库仑强度理论,推导出岩体注浆前后剪切强度参数增长率的计算公式。在现场进行了破碎岩体注浆试验,结果表明,强度增长率试验值与经验公式计算值基本吻合,满足岩体工程注浆设计的需要。     

基于三维形态空间分析和仿真试验的岩体结构面剪切强度参数研究

 获取结构面可靠的强度指标是研究岩体强度的重要基础。因不同结构面样本的巨大差异,以及剪切测试难以重复进行的实际情况,直接通过试验获取剪切参数通常难度较大且结果不理想。以具有定向变形特征的岩体剪切结构面为研究对象,探索性提出采用结构面剪切测试–结构面表面形态三维空间分析–数值仿真试验相结合方法,获取真实可靠的结构面强度参数。该方法优势表现为：岩体结构面摩擦角的2个组成部分即基本摩擦角和爬坡角完全分离,且能考虑结构面形态三维特性及剪切变形方向特征;同时,力学测试和数值试验结合,克服了单纯依靠剪切测试无法重复的重大难题。     

层状岩体的抗剪强度力学特性研究

基于摩尔—库仑准则研究了单结构面岩体的力学特性,对不同形态结构面的抗剪强度进行了分析,得出了不同形态结构面剪切强度公式,并指出结构面上产生的切向力大于结构面的摩擦力且克服了剪胀压力的影响是导致岩体结构面发生剪切方向的变形和破坏的原因。